(Tiểu luận) bài tập lớn truyền dẫn vô tuyến số đề tài tìm hiểu công nghệ hspa và ứng dụng công nghệ hspa trên mạng di động 3g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG *** BÀI TẬP LỚN TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ Đề tài: “ TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HSPA VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSPA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG 3G ” Sinh viên thực : MSV : Lớp : h Nguyễn Tài Văn 191413541 KTVT- 01 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) .3 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (2G) 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) 1.5 Tổng quan HSPA 1.5.1 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) 1.5.2 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) Chương II:CÔNG NGHỆ HSPA 2.1 Kiến trúc mạng 2.1.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 .8 2.1.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 .8 2.1.3 Kiến trúc HSPA/WCDMA R5 R6 .9 2.1.4 Kiến trúc HSPA/WCDMA R7 .10 2.2 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) 10 2.2.1 Nguyên lý hoạt động HSDPA 10 2.2.2 Giao diện vô tuyến HSDPA .15 2.2.2.1 Kiến trúc giao thức HSDPA .15 2.2.2.2 Cấu trúc kênh HSDPA 20 2.2.2.2.1 Kênh HS-SCCH 20 2.2.2.2.2 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) 23 2.2.2.2.3 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH .26 2.2.3 Các kỹ thuật sử dụng HSDPA 29 2.2.3.1 Lập biểu phụ thuộc kênh .29 2.2.4 Điều chế mã hóa thích ứng AMC 31 h 2.2.5 HARQ với kết hợp mềm .32 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 34 2.3.1 Các kênh vật lý kênh truyền tải E-DCH 34 2.3.2 Các kỹ thuật sử dụng HSUPA 35 2.3.2.1 MAC-e xử lý lớp vật lý .35 2.3.2.2 Lập biểu 38 2.3.2.3 HARQ với kết hợp mềm 39 Chương III: Hiện trạng triển khai HSPA Việt Nam .42 3.1 Hiện trạng triển khai HSPA Việt Nam 42 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 h LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thông tin di động trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh phục vụ người hữu hiệu Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thơng tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ địi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết Một công nghệ coi bước đệm để hướng tới 4G cơng nghệ 3,5G HSPA với hai công nghệ tảng HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) HSUPA (High Speech Uplink Packet Access: truy nhập gói đường lên tốc độ cao) HSDPA chuẩn tăng cường 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã sử dụng thích ứng đường truyền Nó đưa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự áp dụng cho đường lên chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Trong khuôn khổ tập lớn này, em sâu tìm hiểu cấu trúc công nghệ HSPA triển khai HSPA Việt Nam Nội dung tập lớn gồm chương: - Chương I: Tổng quan hệ thống thông tin di động - Chương II: Công nghệ HSPA - Chương III: Triển khai HSPA Việt Nam h Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) Công nghệ di động công nghệ tương tự, hệ thống truyền tín hiệu tương tự, mạng điện thoại di động nhân loại, khơi mào Nhật vào năm 1979 Hình 1.1 Tiến trình phát triển hệ thống thơng tin di động Hầu hết hệ thống hệ thống analog yêu cầu chuyển liệu chủ yếu âm Với hệ thống này, gọi bị nghe trộm bên thứ ba Một số chuẩn hệ thống là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac Những điểm yếu hệ 1G dung lượng thấp, xác suất rớt gọi cao, khả chuyển gọi không tin cậy, chất lượng âm kém, khơng có chế độ bảo mật… hệ thống 1G đáp ứng nhu cầu sử dụng 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (2G) Hệ thống di động hệ thứ sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải Những hệ thống mạng 2G có dung lượng lớn hệ thống mạng hệ thứ Một kênh tần số đồng thời chia cho nhiều người dùng (bởi việc chia theo mã chia theo thời gian) Sự xếp có trật tự tế bào, khu vực phục vụ đựợc bao bọc tế bào lớn, tế bào lớn phần tế bào làm tăng dung lượng hệ thống xa h Có chuẩn hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Tồn Cầu (GSM) dẫn xuất nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia Theo Mã IS-95; Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC) GSM chuẩn đạt thành công sử dụng rộng rãi hệ thống 2G GSM mạng điện thoại di động máy điện thoại di động kết nối với mạng cách tìm kiếm, kết nối với cell gần Các mạng di động GSM hoạt động băng tần: 850, 900, 1800 1900 Mhz Hầu hết hoạt động băng 900 Mhz 1800 Mhz, có vài nước Châu Mỹ sử dụng băng 850 Mhz 1900 Mhz băng 900 Mhz 1800 Mhz nơi bị sử dụng trước GSM cung cấp dịch vụ thoại nhắn tin ngắn, nhu cầu truy nhập Internet dịch vụ từ người sử dụng lớn nên GSM phát triển lên 2,5G: GSM HSCD GPRS EDGE 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobile Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với ưu điểm mong đợi đem lại hệ thống 3G là: - Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, …) Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,…) Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, …) Sử dụng chung công nghệ thống nhất, đảm bảo tương thích tồn cầu hệ thống Để thoả mãn dịch vụ đa phương tiện đảm bảo khả truy cập Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, thực tế triển khai với băng thông việc chuyển giao khó, có người sử dụng không di động đáp ứng băng thơng kết nối này, cịn băng thông 384 Kbps, di chuyển ô tô 144Kbps Các hệ thống 3G điển hình là: ¬ UMTS (W-CDMA) ¬ CDMA2000 ¬ TD-SCDMA 1.4 Tổng quan HSPA HSPA công nghệ phát triển sở mạng 3G hay gọi 3G+ Quá trình phát triển HSPA thể qua trình phát triển phiên hệ thống 3GP Hình 1.2 h Hình 1.2 Lộ trình phát triển HSPA theo 3GPP HSPA (High Speed Packet Access) truy nhập gói tốc độ cao bao gồm truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA: High Speed Downlink Packet Access) 3GPP chuẩn hóa R5 với phiên tiêu chuẩn vào năm 2002 truy nhập gói đường lên tốc độ cao (HSUPA: High Speed Uplink Packet Access) 3GPP chuẩn hóa R6 vào tháng 12 năm 2004 Các mạng HSDPA đưa vào thương mại năm 2005 HSUPA đưa vào thương mại năm 2007 Tốc độ số liệu đỉnh HSDPA lúc đầu 1,8Mbps tăng đến 3,6 Mbps 7,2Mbps vào năm 2006 2007, đạt đến 14,4Mbps năm 2008 Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA 1-2Mbps đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008 Phiên HSPA+ tiếp tục hoàn thiện tốc độ tiếp tục cải thiện cao HSPA triển khai WCDMA sóng mang sử dụng sóng mang khác để đạt dung lượng cao Mơ hình triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang (f1) với WCDMA hình 1.3 HSPA chia sẻ chung hạ tầng mạng với WCDMA Để nâng cấp WCDMA lên HSPA cần bổ xung phần mềm vài phần cứng BSC RNC h Hình 1.3 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang với WCDMA (f1) Lúc đầu HSPA thiết kế cho dịch vụ phi thời gian thực, nhiên R6 R7 cải thiện hiệu suất HSPA cho VoIP ứng dụng tương tự khác Khác với WCDMA tốc độ số liệu giao diện (384kbps cho tốc độ cực đại chẳng hạn), tốc độ số liệu HSPA giao diện khác hình 1.4 minh họa điều Tốc độ đỉnh (14,4Mbps hai thiết bị người sử dụng UE (UE: User Equipment) thiết bị người sử dụng xảy thời điểm điều kiện kênh truyền tốt tốc độ trung bình khơng q 3Mbps Để đảm bảo truyền lưu lượng mang tính cụm này, BTS cần có đệm để lưu lại lưu lượng lập biểu để truyền lưu lượng hạ tầng mạng Hình 1.4 Tốc độ số liệu khác giao diện khác 1.4.1 Truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA) Khái niệm HSDPA dựa kênh truyền tải mới, kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH, kênh HS-DSCH coi phát triển kênh DSCH WCDMA Kênh HS-DSCH xếp lên, gộp chung kênh vật lý để chia sẻ giữa tất người dùng ghép kênh thời gian Mục tiêu HSDPA mở rộng giao diện vô tuyến WCDMA, tăng cường hiệu dung lượng WCDMA Để đạt điều này, HSPDA sử dụng số kỹ thuật như: Điều chế bậc cao, lập biểu phụ thuộc kênh HARQ với kết hợp mềm Kiến trúc HSDPA có kiến trúc hình 1.5 Mỗi UE sử dụng HSDPA thu truyền dẫn HS-DSCH từ phục vụ Ơ phục vụ chịu trách nhiệm lập biểu, điều khiển tốc độ, HARQ chức MAC-hs khác cho HSDPA Chuyển giao mềm đường lên hỗ trợ truyền dẫn số liệu đường lên thu từ nhiều ô UE nhận lệnh điều khiển công suất từ nhiều h Hình 1.5 Kiến trúc HSDPA Di động từ ô hỗ trợ HSDPA đến ô không hỗ trợ HSDPA xử lý dễ dàng Có thể đảm bảo dịch vụ khơng gián đoạn cho người sử dụng (mặc dù tốc độ số liệu thấp hơn) chuyển mạch kênh RNC người sử dụng chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) khơng có HSDPA Tương tự, người sử dụng trang bị đầu cuối có HSDPA chuyển mạch từ kênh riêng sang HSDPA người di chuyển vào có hỗ trợ HSDPA 1.4.2.Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) HSUPA đưa vào WCDMA R6 HSUPA đảm bảo cải thiện dung lượng hiệu đường lên: Tốc độ cao hơn, trễ giảm dung lượng hệ thống tăng Cốt lõi HSUPA sử dung hai công nghệ sở HSDPA lập biểu nhanh HARQ kết hợp mềm Cũng giống HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thời gian ngắn 2ms cho TTI đường lên Các tăng cường thực WCDMA Thông qua kênh truyền tải E-DCH (Enhanced Deicated Channel: kênh riêng tăng cường) Giống HSDPA thực thể MAC (MAC-e) đưa vào MS vào nút B Trong nút B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải phát lại HARQ lập biểu, UE MAC-e chịu trách nhiệm lựa chọn tốc độ số liệu giới hạn lập biểu MAC-e nút B đặt h Hình 1.6 Kiến trúc HSUPA lập cấu hình E-DCH Chương II CƠNG NGHỆ HSPA 2.1.Kiến trúc mạng HSPA công nghệ tăng cường cho 3G WCDMA cịn gọi 3G+ Do để thấy kiến trúc mạng HSPA ta xét cấu trúc phát hành WCDMA 2.1.1.Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 WCDMA/UMTS R3 phiên UMTS, hỗ trợ kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói Trong miền CS tốc độ bít thơng tin lên đến 384 Mbps miền PS 2Mbps Đảm bảo yêu cầu roamming mạng 2G 3G Sử dụng lại đa phần mạng lõi hệ thống GSM/GPRS tại, giảm thiểu chi phí đầu tư tiền đề cho việc đưa dịch vụ tiên tiến với giá thành rẻ đảm bảo khả cạnh tranh thị trường tốt thực triển khai nhanh chóng Có khả cung cấp dịch vụ truyền thống mạng 2G dịch vụ tiên tiến gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm chất lượng cao tốc độ truyền cao đầu cuối Hình 2.1 mô tả cấu trúc mạng UMTS theo Phiên R3 Hình 2.1 Kiến trúc WCDMA/UMTS R3 2.1.2 Kiến trúc WCDMA/UMTS R4 Hình 2.2 cho thấy kiến trúc sở 3G WCDMA R4 Sự khác R3 R4 chỗ mạng lõi mạng phân bố chuyển mạch mềm Thay cho việc có MSC chuyển mạch kênh truyền thống kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố chuyển mạch mềm đưa vào MSC chia thành MSC server cổng phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC server chứa tất phần mềm điều khiển gọi, quản lý di động có MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên khơng chứa ma trận chuyển mạch h Hình 2.25 Nguyên lý lập biểu phụ thuộc kênh Lượng số liệu người dùng đệm Nút B xem xét lập biểu, người dùng có nhiều liệu lưu đệm Nút B ưu tiên lập biểu Ngồi ra, thuộc tính HARQ quan tâm lập biểu, khối liệu phát lại cần ưu tiên phát trước khối liệu Khả hỗ trợ thiết bị đầu cuối người dùng xem xét lập biểu, tài nguyên cấp phát cho lập biểu không vượt khả hỗ trợ UE Các đặc tính hỗ trợ UE quan tâm số mã định kênh mà UE có khả xử lý tối đa, phương pháp điều chế sử dụng kích thước đệm 2.2.4 Điều chế mã hóa thích ứng AMC Kỹ thuật thích ứng kênh truyền kỹ thuật quan trọng HSDPA Hoạt động thích ứng kênh truyền kết hợp chặt chẽ với hoạt động lập biểu Khi lập biểu định khối liệu phát đến người dùng chức MAC-hs Nút B lựa chọn phương thức điều chế mã hố thích hợp cho khối liệu phát Bằng việc sử dụng phương pháp điều chế mã hố thích ứng AMC, HSDPA lựa chọn nhanh điều chế QPSK 16QAM đồng thời kết hợp với việc thay đổi tốc độ mã hố Turbo để điều chỉnh tốc độ thích hợp với chất lượng kênh truyền Trong thông tin di động, tỉ lệ tín tạp âm (SINR) tín hiệu nhận thiết bị người sử dụng biến đổi khoảng từ 30 – 40dB fading nhanh đặc điểm địa hình cell Nhằm cải thiện dung lượng hệ thống, tốc độ liệu đỉnh, vùng phủ sóng… tín hiệu truyền tới người dùng xác định nhằm tính tốn q trình thay đổi chất lượng tín hiệu thơng qua q trình xử lý liên kết thích ứng Theo truyền thống, WCDMA ứng dụng chức điều khiển công suất nhanh cho liên kết thích ứng Ngược lại, HSDPA lưu công suất 32 h phát không đổi qua TTI đồng thời sử dụng điều chế thích ứng mã hố (AMC) phương pháp liên kết thích ứng đan xen nhằm điều khiển công suất cải thiện hiệu suất phổ Tỷ số tạp âm nhiễu xác định công thức: P HS −DSCH SINR = SF16 P 1−α + G−1 ovvn Trong đó, PHS-DSCH , Pown : công suất truyền công suất mang node B HSDSCH Hằng số α =0.5, Pown = 12W, G= -3dB Để đối phó với dải động tỷ số tạp âm nhiễu Eb/No đầu cuối UE, HSDPA thích ứng q trình điều chế, tỷ lệ mã hố số mã hố định kênh với điều kiện vơ tuyến thời Sự kết hợp hai phương pháp gọi là: Điều chế Mã hố thích ứng – AMC Bên cạnh QPSK, HSDPA kết hợp chặt chẽ với phương thức điều chế 16QAM để tăng tốc độ liệu đỉnh người dùng phục vụ với điều kiện vơ tuyến thích hợp Việc hỗ trợ cho QPSK có tính chất bắt buộc thơng tin di động, cịn 16QAM tuỳ chọn cho mạng thiết bị người dùng UE 2.2.5 HARQ với kết hợp mềm Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động lai – HARQ sử dụng HSDPA nhằm điều khiển việc phát lại gói tin cho người dùng dựa vào thông tin báo nhận ACK/NACK từ người dùng Sau nhận khối liệu, trình giải mã kiểm tra CRC thành công, báo nhận ACK gửi từ UE để yêu cầu khối liệu gửi đến người dùng Trường hợp giải mã không thành công, UE gửi NACK để yêu cầu phát lại liệu Các tin báo nhận ACK/NACK UE gửi Nút B sau 5ms kể từ lúc UE nhận xong liệu kênh HS-DSCH Các tin báo nhận gửi với thị chất lượng kênh truyền CQI kênh điều khiển đường lên HS-DPCCH Các kênh truyền tải WCDMA R99 kết cuối RNC nên việc phát lại khối liệu điều khiển SRNC quản lý kết nối người dùng với mạng lõi UMTS Còn HSDPA, chức MAC-hs (MAC-high speed) giới thiệu chức đặc trưng cho HSDPA Nút B thực điều khiển phát lại liệu theo yêu cầu từ UE Với việc điều khiển thực trực tiếp Nút B, khoảng thời gian trễ phát lại giảm đáng kể so với R99 Dữ liệu cần phát lại lưu đệm Nút B việc phát lại thực Nút B đến UE Do khơng có can thiệp RNC trình phát lại nên khoảng thời gian trễ từ RNC đến Nút B khơng có Ngồi ra, việc thực phát lại thực trực 33 h tiếp Nút B, giảm lưu lượng dành cho liệu thông tin điều khiển phát lại RNC Nút B qua giao diện Iub/Iur Hình 2.27 Cơ chế phát lại R99 HSDPA Dữ liệu cần phát đến cho người dùng HSDPA chuyển từ RNC đến trạm gốc lưu đệm Nút B khối liệu phát đến UE Dữ liệu xoá Nút B nhận báo nhận ACK từ UE báo q trình giải mã thành cơng Trong trường hợp Nút B nhận NACK, trình phát lại thực Dữ liệu phát lại giống khác khối liệu trước tuỳ thuộc vào giải thuật kết hợp khối liệu phát lại UE Bộ đệm Nút B phải đảm bảo đủ lớn đủ để lưu trữ liệu phục vụ cho trình phát lại Nút B Do điều kiện kênh truyền đến người dùng HSDPA khác nhau, lượng liệu tồn đọng người dùng đệm khác Nhằm tránh dữ liệu tràn đệm đáp ứng kịp thời luồng thông tin cần thiết để phát đến người dùng Nút B RNC cần có chế điều khiển luồng hợp lý 34 h Hình 2.28 Điều khiển luồng RNC Node B 2.3 Truy nhập gói tốc độ cao đường lên (HSUPA) 2.3.1 Các kênh vật lý kênh truyền tải E-DCH Như nói chương trước, HSUP sử dụng kênh truyền tải đường lên E-DCH, hỗ trợ đặc tính tăng cường kênh vận chuyển đường lên phiên R99 Quá trình xử lý kênh truyền tải đường lên E-DCH tương tự việc xử lý kênh đường lên DCH với hai điểm khác Một có kênh truyền tải E-DCH cho UE điểm khác biệt có ý nghĩa quan trọng khác việc hỗ trợ HARQ cho E-DCH Quá trình xử lý kênh truyền tải thực chức chuyển đổi khối truyền tải phân phối lớp MAC thành bit truyền kênh vật lý Hình 2.32 minh họa tổng quát trình xử lý kênh truyền tải E-DCH DCH từ lớp MAC tới kênh vật lý Một chuỗi xử lý kênh truyền trải E-DCH đơn xử lý khối truyền tải TTI, DCH tập khối truyền tải xử lý chuỗi xử lý DCH cấu hình 35 h Hình 2.32 So sánh trình xử lý kênh truyền tải HSUPA R3DCH Sau trình xử lý kênh truyền tải, E-DCH ánh xạ tới nhiều kênh liệu vật lý dành riêng song song E-DPDCH cho việc truyền dẫn lớp vật lý Điều hoàn toàn song song với kênh vật lý chuỗi xử lý DCH đường lên, E-DCH DCH tương thích UE cách hạn chế tốc độ liệu DCH tối đa 64 Kbps E-DCH cấu hình E-DPCCH kênh vật lý đường lên tồn song song với E-DPDCH, thực truyền dẫn tất thơng tin ngồi băng liên quan đến truyền dẫn EDPDCH Giống đường xuống, HSUPA đưa ba kênh vật lý cung cấp việc truyền thông tin phản hồi HARQ lập biểu đường lên Kênh báo HARQ E-DCH (E-HICH) thực gửi thông tin ACK/NACK cho UE Kênh cho phép tương đối E-DCH (E-RGCH) phát lệnh tăng giảm công suất lập biểu Kênh cho phép tuyệt đối E-DCH (E-AGCH) thị giá trị lập biểu tuyệt đối cho UE 2.3.2 Các kỹ thuật sử dụng HSUPA 2.3.2.1 MAC-e xử lý lớp vật lý Giống HSDPA, trễ nhỏ thích ứng nhanh nét quan trọng HSUPA Để thực điều thực thể chịu trách nhiệm lập biểu khai thác giao thức HARQ đưa vào nút B, MAC-e Lớp vật lý tăng cường để đảm bảo hỗ trợ cần thiết cho TTI ngắn cho kết hợp mềm HARQ 36 h Trong chuyển giao mềm, liệu đường lên nhận từ nhiều Node B, cần thiết phải có thực thể MAC-e Node B liên quan để quan lý giao thức HARQ lai Ngồi MAC-e phục vụ cịn chịu trách nhiệm cho việc quản lý hoạt động lập biểu Để quản lý trình xử lý HSUPA đầu cuối, cần có thực thể MAC-e UE Điều nhìn thấy hình 2.39, MAC-e UE bao gồm ghép kênh, lựa chọn định dạng truyền tải phần giao thức chế HARQ Hỗn hợp dịch vụ file đường lên đồng thời với VoIP hỗ trợ Vì có kênh truyền tải E-DCH, nên số liệu từ nhiều luồng MAC-d ghép chung thơng qua ghép kênh MAC-e Trong trường hợp dịch vụ khác thường phát luồng MAC-d khác chúng có u cầu chất lượng phục vụ khác Chỉ có UE có thơng tin xác tình trạng đệm công suất UE thời điểm phát khối truyền tải đường lên Vì UE phép tự động chọn tốc độ số liệu hay nói cách chặt chẽ chọn E-TFC (TFC: Transport Format Combination: Tổ hợp khuôn dạng truyền E-DCH) Tất nhiên, UE cần xem xét định lập biểu trước lựa chọn khuôn dạng truyền tải; định truyền tải thể giới hạn tốc độ số liệu mà UE không phép vượt qua Tuy nhiên sử dụng tốc độ số liệu thấp chẳng hạn công suất truyền không đảm bao tốc độ số liệu theo lập biểu Lựa chọn E-TCF ghép kênh MAC-e xem xét với lập biểu 37 h Hình 2.39 MAC-e xử lý lớp vật lý Giao thức HARQ tương tự sử dụng HSDPA, có nhiều q trình HARQ dừng đợi hoạt động song song Một điểm khác biệt đầu cuối trình chuyển giao mềm với vài Node B giao thức HARQ kết thúc nhiều Node B Xử lý lớp vật lý HSUPA đơn giản có nhiều điểm tương đồng với việc xử lý lớp vật lý HS-DSCH Từ MAC-e UE, liệu qua lớp vật lý dạng khối truyền tải TTI kênh E-DCH So với chuỗi ghép kênh mã hóa DCH, cấu trúc xử lý lớp vật lý E-DCH đơn giản có E-DCH khơng cần ghép kênh lớp vận chuyển 24 bit CRC gắn vào khối truyền tải E-DCH đơn phép chế HARQ Node B dò lỗi khối truyền tải nhận Giống HSDPA, mã hóa sử dụng mã Turbo với tỷ lệ mã 1/3 HARQ thực tương tự, lặp đục lỗ bit từ mã hóa Turbo sử dụng để điều chỉnh số bit mã hóa từ bit kênh Bằng việc điều chỉnh mẫu đục lỗ, phiên phần dư khác tạo Phân đoạn kênh vật lý phân phối bit mã hóa tới mã kênh khác sử dụng, tiếp sau trình đan xem điều chế 38 h 2.3.2.2 Lập biểu Đối với HSUPA, lập biểu phần tử then chốt để điều khiển việc tốc độ số liệu UE phép phát Đầu cuối sử dụng tốc độ cao công suất thu từ đầu cuối nút B phải cao để đảm bảo tỷ số E b/N0 cần thiết cho giải điều chế Bằng cách tăng công suất phát, UE phát tốc độ số liệu cao Tuy nhiên đường lên không trực giao, nên công suất thu từ UE gây nhiễu đầu cuối khác Vì tài nguyên chia sẻ HSUPA đại lượng công suất nhiễu cho phép ô Nếu nhiễu cao, số kênh truyền dẫn ô, kênh điều khiển truyền dẫn đường lên khơng lập biểu bị thu sai Trái lại mức nhiễu thấp cho thấy UE bị điều chỉnh thái q khơng khai thác hết tồn dung lượng hệ thống Vì HSUPA sử dụng lập biểu cho phép người sử dụng có số liệu cần phát phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức đảm bảo khơng vượt mức nhiễu cực đại cho phép ô Khác với HSDPA, lập biểu đệm phát đặt nút B, số liệu cần phát đặt UE đường lên Tại thời điểm lập biểu đặt nút B điều phối tích cực phát UE Vì cần có chế để thơng báo định lập biểu cho UE cung cấp thông tin đệm từ UE đến lập biểu Chương trình khung HSUPA sử dụng cho phép lập biểu phát từ lập biểu nút B để điều khiển tích cực phát UE yêu cầu lập biểu phát từ UE để yêu cầu tài nguyên Các cho phép lập biểu điều khiển tỷ số công suất E-DCH hoa tiêu mà đầu cuối sử dụng Dựa kết đo đạc mức nhiễu tức thời, lập biểu điều khiển cho phép lập biểu đầu cuối để trì mức nhiễu mức quy định Hình 2.40 Chương trình khung lập biểu Trong HSUPA, thông thường người sử dụng xử lý TTI Đối với HSUPA, hầu hết trường hợp chiến lược lập biểu đường lên đặc thù thực đồng thời cho nhiều người sử dụng Lý đầu cuối có công suất nhỏ nhiều so với công suất Node B (một đầu cuối khơng thể sử dụng tồn dung lượng mình) 39 h Nhiễu ô cần điều khiển Thậm chí lập biểu cho phép UE phát tốc độ số liệu cao sở mức nhiễu nội ô chấp thuận, gây nhiễu không chấp thuận ô lân cận Vì chuyển giao mềm, phục vụ chịu trách nhiệm cho hoạt động lập biểu, UE giám sát thông tin lập biểu từ tất người sử dụng mà khơng phục vụ hạ tốc độ số liệu E-DCH cách phát thị tải đường xuống Cơ chế đảm bảo hoạt động ổn định cho mạng Lập lịch nhanh cho phép nhiều kết nối rỗi tập trung lại với Một lượng lớn khối liệu gói mức cao người dùng nhận vào hệ thống, chế lập lịch điều khiển trạng thái nhiều người dùng cần truyền tải thời điểm Nếu tạo cấp độ nhiễu cao tầm cho phép, lập lịch phản ứng lại tức hạn chế mức liệu họ dùng Khơng có lập lịch nhanh, điều khiển nhập vào phải trì dự trữ lượng dư thừa hệ thống trường hợp nhiều người dùng truyền tải 2.3.2.3 HARQ với kết hợp mềm Trong HSUPA, HARQ với kết hợp mềm có mục đích giống HARQ HSDPA- để bảo bảo bền vững chống lại lỗi truyền dẫn Tuy nhiên HARQ với kết hợp mềm không công cụ để đảm bảo bền vững chống lại lỗi ngẫu nhiên, mà sử dụng để tăng dung lượng Vì phát lại HARQ xẩy nhanh, nhiều dịch vụ cho phép hai phát lại Cùng với kết hợp phần dư tăng, HARQ hình thành chế điều khiển tốc độ ẩn tàng Vì HARQ với kết hợp mềm sử dụng theo số cách: - Để đảm bảo tính bền vững chống lại thay đổi chất lượng tín hiệu thu - Tăng hiệu đường truyền tìm cách cách phát lại nhiều lần chẳng hạn ấn định số lần phát lại cực đại khai thác điều khiển vịng ngồi dựa lỗi dư sau kết hợp mềm Ở mức độ lớn, yêu cầu HARQ giống HSDPA thiết kế HARQ cho HSUPA giống thiết kế sử dụng cho HSDPA, có số điểm khác biệt chủ yếu bắt nguồn từ việc hỗ trợ chuyển giao mềm đường lên Giống HSDPA, HSUPA HARQ nằm lớp MAC lớp vật lý Việc sử dụng song song xử lý dừng đợi cho HARQ chứng minh hiệu HSDPA sử dụng cho HSUPA lý giống – phát lại nhanh thơng lượng cao với chi phí cho báo hiệu ACK/NAK thấp Khi nhận khối truyền tải TTI xử lý HARQ đó, nút B giải mã tập bit kết giải mã (ACK/NAK) thông báo cho UE Để giảm thiểu chi phí cho ACK/NAK, bit sử dụng Rõ ràng UE cần phải biết bit ACK/NAK thu liên quan đến xử lý HARQ Vấn đề đựơc giải giống HSDPA, nghĩa định thời ACK/NAK sử 40 h dụng để liên kết ACK/NAK với xử lý HARQ Sau khoảng thời quy định rõ ràng sau thu khối truyền tải đường lên, nút B tạo ACK/NAK Khi nhận NAK, UE thực phát lại nút B thực kết hợp mềm với phần dư tăng Quá trình xử lý phát lại (hay xác thực phát lại) khác biệt HARQ đường lên đường xuống (hình 2.44) Đối với HSDPA, phát lại lập biểu giống số liệu khác nút B tự lập biểu phát lại cho UE thời điểm sử dụng phiên dư theo lựa chọn nút B chọn Nút B tiến hành xử lý HARQ theo thứ tự bất kỳ, nghĩa định thực phát lại cho xử lý không cho xử lý khác UE Kiểu khai thác thường đựơc gọi HARQ khơng đồng thích ứng Thích ứng nút B thay đổi khn dạng truyền dẫn khơng đồng phát lại xẩy thời điểm sau thu ACK/NAK Hình 2.44 HARQ đồng HARQ khơng đồng Trái lại , đường lên khai thác HARQ đồng khơng thích ứng sử dụng Nhờ có hoạt động đồng bộ, phát lại xẩy thời điểm định trước sau phát lần đầu, nghĩa chúng không lập biểu rõ ràng Khai thác khơng thích ứng nghĩa khn dạng truyền dẫn phiên dư sử dụng cho lần phát lại biết từ thời điểm phát lần đầu Vì khơng cần lập biểu rõ ràng cho phát lại không cần báo hiệu phiên dư mà UE sử dụng Đây lợi điểm khai thác HARQ đồng - giảm thiểu chi phí cho báo hiệu Tất nhiên, khả thích ứng khn dạng truyền dẫn phát lại thay đổi điều kiện kênh bị mất, lập biểu đường lên nút B có thơng tin trạng thái máy phát (thông tin nằm UE cung cấp cho nút B thông qua báo hiệu băng sau số liệu thu HARQ giải mã thành công) so với lập biểu đường xuống, tổn thất độ lợi nhận từ việc giảm chi phí cho báo hiệu điều khiển đường lên Ngoài khác hoạt động đồng không đồng giao thức HARQ, khác biệt HARQ đường lên đường xuống việc sử 41 h dụng chuyển giao mềm cho đường lên Trong chuyển giao mềm nút B, giao thức HARQ kết cuối nhiều nút B tham gia vào chuyển giao mềm Đối với HSDPA, có điểm kết cuối giao thức HARQ – UE Trong HSUPA, UE thu ACK/NAK từ tất nút B tham gia vào chuyển giao mềm Vì từ quan điểm UE, cần số nút B thu khối truyền tải đủ coi số liệu truyền thành cơng đến mạng nhận ACK từ nút B nói Quy tắc gọi ‘or-of-ACKs’ (hoặc số ACK) Phát lại xẩy tất nút B liên quan phát NAK để thị khơng nút số chúng giải mã đựơc số liệu phát Như biết từ phần trình bày HSDPA, việc sử dụng song song nhiều xử lý HARQ đảm bảo chuyển trình tự cần có chế đặt lại thứ tự (hình 2.45) Đối với HSDPA, rõ ràng đặt lại thứ tự đặt UE Tình trạng truyền khơng theo thứ tự xẩy đường lên, trường hợp cần có chế đặt lại thứ tự Tuy nhiên hỗ trợ chuyển giao mềm, đặt lại thứ tự đặt nút B Số liệu phát xử lý HARQ giải mã thành cơng nút B, số liệu phát xử lý HARQ tiếp sau lại giải mã nút B khác Ngoài số tình trạng, số nút B liên quan lại đồng thời thành cơng giải mã khối truyền tải Vì lý này, chế đặt lại thứ tự cần truy nhập đến khối truyền tải truyền từ tất nút B đến RNC phải đặt RNC Sắp đặt lại loại bỏ phát đúp khối truyền tải phát nhiều nút B Hình 2.45 Nhiều xử lý HARQ cho HSUPA 42 h Chương III TRIỂN KHAI HSPA TẠI VIỆT NAM 3.1 Hiện trạng triển khai HSPA Việt Nam Tại Việt Nam có nhà cung cấp dịch vụ di động: MobiFone, Vinaphone, Viettel, EVN, SFone, Hanoi Telecom (HTC), Beeline (Gtel) có doanh nghiệp phép triển khai 3G là: Viettel, Vinaphone, Mobifone liên danh EVN Telecom Hanoi Telecom (HTC) Tất nhà cung cấp dịch vụ 3G Việt Nam xây dựng hệ thống sở phiên 3GPP cam kết tốc độ đường xuống tối đa 7,2 Mbps (Viettel, Mobifone, EVN) 14,4 Mbps (Vinaphone) Hệ thống mạng nhà cung cấp phủ sóng tồn quốc với hệ thống mạng lõi có dung lượng cao Những lợi để triển khai HSPA gồm: - Để triển khai HSPA, nhà khai thác dịch vụ nâng cấp hệ thống GSM/GPRS tiến tới hệ thống thông tin di động thứ (3G), sau nâng cấp SNC (cả phần cứng phần mềm) để sử dụng 3,5G để - Từ dịch vụ số liệu tốc độ cao, nhà cung cấp dịch vụ có hội tốt để khai thác thị trường ứng dụng Từ nâng cao doanh thu lợi nhuận - Với nhiều tính ứng dụng hấp dẫn khách hàng tăng lòng trung thành khách hàng cũ - Nâng cao hiệu sử dụng vô tuyến thông qua việc phân bố kênh linh hoạt, hiệu sử dụng phổ tần cao - Cho phép sử dụng máy đầu cuối công suất thấp - Cho phép cung cấp ứng dụng khác với tốc độ truyền số liệu khác - Giao diện tiêu chuẩn mở, dễ dàng tích hợp với thiết bị nhà cung cấp khác Khó khăn triển khai HSPA việc nâng cấp mạng lõi đảm bảo tốc độ truyền tải dịch vụ tốc độ cao Tuy nhiên vấn đề nhà mạng vấn đề lớn sẵn sàng đáp ứng nhờ công nghệ truyền dẫn tốc độ cao triển khai mạng đường trục VinaPhone doanh nghiệp cung cấp dịch vụ 3G/HSPA, sau tháng kể từ Bộ Thông tin Truyền thông trao cho giấy phép Tại thời điểm khai trương mạng 3G, Vinaphone cung cấp cho khách hàng dịch vụ gồm: Mobile Internet, Mobile Broadband, Video Call, Mobile Camera, Mobile TV 3G Portal Những dịch vụ đánh giá “hot” thị trường triển khai dịch vụ 3G Công bố "sở hữu" 30 triệu th bao, Vinaphone ước tính có triệu thuê bao chuyển sang sử dụng dịch vụ 3G vào đầu năm 2010 Nhà mạng tính tốn, sau năm đưa 3G vào hoạt động thu hồi vốn bắt đầu sinh lãi Mạng 43 h Vinaphone 3G/HSPA kết nối tích hợp tồn diện với mạng Vinaphone có (900/1800Khz) cho phép cung cấp dịch vụ theo chuẩn 3G cho thuê bao Vinaphone hoạt động thuê bao hòa mạng Do sử dụng sở hạ tầng (nhà trạm) nên vùng phủ sóng 3G tồn song song với vùng phủ sóng 2G Cơng nghệ handover cho phép thuê bao Vinaphone trì liên lạc thơng suốt di chuyển vùng phủ sóng 2G 3G Ngày 15-12-2009, MobiFone thức cung cấp dịch vụ 3G Mobile Internet, Mobile TV Đây nhà mạng thứ khai trương mạng 3G Trong ngày khai trương, Mobifone thức cung cấp dịch vụ 3G gồm Video call, Mobile Internet, Mobile TV, Fast Connect Vào thời điểm thức cung cấp dịch vụ, MobiFone hồn thành việc lắp đặt phát sóng 2.400 trạm BTS 3G Trong vòng năm, MobiFone hoàn thành lắp đặt khoảng 7.700 trạm BTS 3G Ngay thời điểm triển khai dịch vụ, MobiFone lựa chọn công nghệ HSPA (High Speed Package Access) cho phép khách hàng truy cập Internet, thư điện tử hay nhận dịch vụ nội dung số với tốc độ lên tới 7.2 Mb/giây Ngồi ra, cổng thơng tin giải trí dịch vụ Waportal 3G MobiFone địa wap.mobifone.com.vn thức khai trương với nhiều dịch vụ tiện ích Mạng 3G MobiFone sử dụng băng tần 2.100 Mhz, kết nối tích hợp tồn diện với mạng MobiFone (cơng nghệ GSM 900/1800 Mhz) Ngồi ra, MobiFone cam kết ký thỏa thuận roaming mạng 3G MobiFone với 50 mạng 3G khác giới thời điểm khai trương dịch vụ Nếu tính tốn vùng phủ sóng 3G MobiFone dựa mật độ dân số, tổng số dân cư quận, huyện nước phủ sóng 3G ước đạt 52,13% dân số toàn quốc thời điểm thức cung cấp dịch vụ MobiFone thực phân chia chi tiết nhóm khu vực ưu tiên phủ sóng 3G làm nhóm thị đơng dân, đô thị, ngoại ô, nông thôn, quốc lộ Dựa vào việc phân chia này, năm đầu tiên, MobiFone phủ sóng 3G hết 100% khu vực thị đông dân thuộc 63 tỉnh, thành phố nước Tiếp bước Mobifone, ngày 22/12/2009, Công ty Viễn thông Viettel mở rộng triển khai kinh doanh thử nghiệm dịch vụ 3G 20 tỉnh/thành phố, nâng tổng số tỉnh/thành phố có cung cấp dịch vụ 3G Viettel lên 38 tỉnh/thành toàn quốc Đến ngày 25/3/2010, Tập đoàn Viễn thơng Qn đội thức khai trương mạng di động hệ thứ Dự kiến đến hết năm 2010 Viettel có hệ thống hạ tầng lên đến gần 20.000 trạm phát sóng 3G (noteB) Mặc dù cam kết với Bộ TTTT hồ sơ thi tuyển 3G, thời điểm khai trương mạng Viettel có 5.000 trạm phát sóng 3G, đến nay, Viettel hồn thành 8.000 trạm, gấp 1,5 lần so với cam kết Với số lượng trạm 3G lớn này, Viettel phủ sóng tới tận trung tâm huyện xã lân cận 63 tỉnh, thành phố nước Bên cạnh vùng phủ rộng, Viettel quan tâm đầu tư để có mạng di động 3G có tốc độ cao Viettel triển khai HSPA toàn mạng với tốc độ tải liệu lý thuyết lên tới 14.4 Mbps download upload lên tới 5.7 Mbps sẵn sàng cho HSPA+ với tốc độ tải liệu lên đến 21 Mbps 44 h Sáng 9/6/2010, EVN Telecom tổ chức lễ khai trương mạng 3G Tại thời điểm bắt đầu cung cấp dịch vụ, mạng di động phủ sóng 3G đến 46% dân số Tại thời điểm khai trương dịch vụ EVNTelecom 3G cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng là: Video Call, Mobile Broadband, Mobile Internet, Mobile TV, MMS, Mobile music, QMobile, Game download, Vclip EVNTelecom cho biết mạng sử dụng cơng nghệ HSDPA có khả nâng cao tốc độ với mức từ 1,8 - 3,6 - 7,2 14,4 Mbit/s, đáp ứng tốc độ cho ứng dụng dịch vụ liệu dịch vụ Q-email, dịch vụ tương tác gồm thoại thấy hình (video call), băng rộng di động (mobile broadband), truy cập Internet di động, tin nhắn MMS,… truy nhập máy chủ, truy tìm phục hồi sở liệu Hanoi Telecom đơn vị cuối dùng cấp phép triển khai dịch vụ 3G Hiện Hanoi Telecom chưa đưa 3G vào khai thác, nhiên Hanoi Telecom cam kết triển khai 3G theo cam kết với thông tin truyền thông DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt TS Nguyễn Phạm Anh Dũng: Lộ trình phát triển thơng tin di động 3G lên 4G Nhà xuất Thông tin truyền thông, 2-2010 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động” Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 9-2010 Ths Nguyễn Việt Thắng, Đề tài “Nghiên cứu so sánh Công nghệ kỹ thuật hiệu hệ thống HSPA Mobile WiMAX nhằm đề xuất khả phối hợp hai hệ thống”, 11-2010 Tiếng Anh Harri Holma and Antti Toskala, HSDPA/HSUPA for UMTS / High Speed Access Mobile Communications Wiley 2006 Danh mục Website tham khảo http://www.tapchibcvt.gov.vn http://www.vntelecom.org http://www.mobifone.com.vn 45 h 46 h